Question

【題目】目前工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對下列有關(guān)甲醇制取的三條化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行探究。已知在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)(K1、K2、K3)如表所示。請回答下列問題：

化學(xué)反應(yīng)	焓變	平衡常數(shù)	溫度/℃
			500	700	800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)	ΔH1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)	ΔH2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	ΔH3	K3

（1）反應(yīng)②是____(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

（2）根據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3=____(用K1、K2表示)；根據(jù)反應(yīng)③判斷ΔS___0(填“＞”、“＝”或“＜”)，在____(填“較高”或“較低”)溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

（3）500℃時(shí)，測得反應(yīng)③在某時(shí)刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.1mol/L、0.8mol/L、0.3mol/L、0.15mol/L，則此時(shí)v(正)___v(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

（4）根據(jù)上述表格測得焓變，下列能量關(guān)系圖合理的是_____

A.B.C.D.

Answer 1

【答案】吸熱 K1·K2 ＜ 較低 ＞ AD

【解析】

根據(jù)反應(yīng)①②的平衡常數(shù)隨溫度的變化分析判斷反應(yīng)①和②的熱效應(yīng)的變化，再根據(jù)蓋斯定律結(jié)合K分析判斷反應(yīng)③的熱效應(yīng)的變化，最后結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式分析解答。

(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，反應(yīng)②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；

(2)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①+②可得反應(yīng)③，則平衡常數(shù)K3=K1×K2，反應(yīng)③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是氣體體積減小的反應(yīng)，則△S＜0；反應(yīng)③的平衡常數(shù)，500°C時(shí)，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C時(shí)，K3=K1×K2=2.52×0.15=0.375，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動(dòng)，所以反應(yīng)③是放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，所以反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：K1×K2；＜；較低；

(3)500℃時(shí)K3=K1×K2=2.5，濃度商Qc==0.87＜K=2.5，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，則v(正)＞v(逆)，故答案為：＞；

(4)A、反應(yīng)②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量低于生成物，與圖象符合，故A正確；B、催化劑改變反應(yīng)的活化能，不改變焓變，根據(jù)A的分析，反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量低于生成物，與圖象不符，故B錯(cuò)誤；C、①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，與圖象不符，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)(2)的分析，反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，與圖象符合，故D正確；故答案為：AD；